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轻型越野车空气滤清器固定架的冲压工艺与模具设计毕业论文
文章来源:http://www.songfengkou.com/  2012年12月04日  点击数:5452

摘要:冲压成形是一个涉及领域极其广泛的行业,深入到制造业的每个方面,冲压成形加工主要是通过冲压模具来实现。冲压模具是大批量生产同类产品的工具,是冲压成形的常用工艺装备。

本设计首先根据空气滤清器固定架冲压件的结构特点、生产批量、加工精度进行冲压工艺性分析,确定冲压工艺方案。空气滤清器固定架成型工序包括两个大的部分:一部分是板材的冲孔落料,另一部分为材料的弯曲工艺。因此,由冲压工艺性分析所确定的冲压工艺方案是设计四套模具,分别是冲孔、落料复合模、中间弯曲单工序模、外角弯曲单工序模,外角弯曲单工序模。然后对这四套冲压模具进行工艺计算并设计每套模具所用的零部件:凸模、凹模、凹模固定板、卸料板、弯曲模等。按照冲压模具的设计的步骤,对各套冲压模具选用合适的导柱、导套、模柄及模架等标准件。最终完成空气滤清器固定架冲压件的模具设计。

 关键词:冲压工艺;复合模;弯曲模;空气滤清器固定架

ABSTRACT

Thestampingisavery wide range ofthe areas ofindustry,intoall aspectsofmanufacturing, stampingformingprocessingto achievethroughthestamping die.Thestamping diesarethe toolsofmass productionof similar productsisthe main processofstampingequipment.
  Thedesign is firstbased onthestructural characteristicsoftheair filterholderstampings, productionvolume,processing precisionstamping processanalysisto determinetheprogramofstamping process.Theair filterholdermoldingprocesses,includingpunching,blanking, bending,stamping processdeterminedbythestamping processanalysisprogramis to designthree sets ofmold, namely,punching, blanking,bendingsingle-process mode, punchingdowncompositematerial, bendingmode, punching andblanking,bendingthe middle,both ends of thecurvedcompositemode.And thenpunching,blanking, bendingsingle-process mode, punching andblanking, bendingcompositemold, punching andblankingthe middlebend,both ends of thecurvedcompositemode,three sets ofstamping dieprocesscalculationanddesignof each moldparts:punch,die,punchfixed plateandthefixed plateofthe die, stripper plate,bending modulusand so on.Inaccordancewiththestepsofstamping diedesigndifferent sets ofstamping dies,the appropriate choice ofguide posts,guide sleeve, die handleandmoldstandard parts.The final completion oftheair filterholderof stampingmolddesign.

 

Key words:Stamping process;Punchingblankingthecomposite modulus;Bending mode


 目   录
 
摘   要.PAGEREF _Toc327148752 \hI
ABSTRACTPAGEREF _Toc327148753 \hII
目   录.PAGEREF _Toc327148754 \hIII
1前言.PAGEREF _Toc327148755 \h1
2冲压件的工艺方案的制定.PAGEREF _Toc327148756 \h2
2.1冲压件的工艺性分析.PAGEREF _Toc327148757 \h2
2.1.1冲压件的工艺性.PAGEREF _Toc327148758 \h3
2.1.2冲压件的精度和粗糙度.PAGEREF _Toc327148759 \h4
2.1.3冲压件毛坯尺寸的计算.PAGEREF _Toc327148760 \h4
2.2冲压件工艺方案的分析与制定.PAGEREF _Toc327148761 \h5
2.2.1零件冲压工艺性分析.PAGEREF _Toc327148762 \h5
2.2.2冲压工艺方案的制定.PAGEREF _Toc327148763 \h6
3冲孔、落料复合模的设计.PAGEREF _Toc327148764 \h8
3.1模具总体结构方案.PAGEREF _Toc327148765 \h8
3.1.1模具结构.PAGEREF _Toc327148766 \h8
3.1.2操作与定位方式.PAGEREF _Toc327148767 \h8
3.1.3卸料方式.PAGEREF _Toc327148768 \h8
3.1.4模架类型的选择.PAGEREF _Toc327148769 \h8
3.2冲压件冲压力的计算.PAGEREF _Toc327148770 \h8
3.3冲压设备的选择.PAGEREF _Toc327148771 \h10
3.3.1模具压力中心的确定.PAGEREF _Toc327148772 \h10
3.3.2凸、凹模间隙值的确定.PAGEREF _Toc327148773 \h10
3.3.3凸、凹模刃口尺寸的确定.PAGEREF _Toc327148774 \h11
3.4冲孔、落料复合模主要零部件的结构设计.PAGEREF _Toc327148775 \h14
3.4.1落料凹模.PAGEREF _Toc327148776 \h14
3.4.2冲孔凸模.PAGEREF _Toc327148777 \h15
3.4.3冲孔凹模的设计.PAGEREF _Toc327148778 \h16
3.4.4凸凹模.PAGEREF _Toc327148779 \h16
3.4.5螺钉与圆柱销的设计与选用.PAGEREF _Toc327148780 \h17
3.4.6卸料板.PAGEREF _Toc327148781 \h17
3.4.7挡料装置.PAGEREF _Toc327148782 \h18
3.4.8模座.PAGEREF _Toc327148783 \h18
3.4.9模柄.PAGEREF _Toc327148784 \h18
3.4.10推杆.PAGEREF _Toc327148785 \h18
3.4.11导柱、导套.PAGEREF _Toc327148786 \h19
3.4.12冲模闭合高度的确定.PAGEREF _Toc327148787 \h19
3.5冲孔落料复合模装配图.PAGEREF _Toc327148788 \h20
4弯曲模的设计.PAGEREF _Toc327148789 \h21
4.1模具总体结构方案.PAGEREF _Toc327148790 \h21
4.1.1卸料方式.PAGEREF _Toc327148791 \h21
4.1.2模架类型的选择.PAGEREF _Toc327148792 \h21
4.2冲压件弯曲工艺的计算.PAGEREF _Toc327148793 \h21
4.2.1弯曲件展开尺寸的计算.PAGEREF _Toc327148794 \h21
4.2.2弯曲力的计算.PAGEREF _Toc327148795 \h23
4.2.3顶件力和压料力的计算.PAGEREF _Toc327148796 \h24
4.3冲压件弯曲设备的选择.PAGEREF _Toc327148797 \h24
4.4弯曲模模具设计.PAGEREF _Toc327148798 \h25
4.4.1凸模与凹模的圆角半径.PAGEREF _Toc327148799 \h25
4.4.2凹模深度.PAGEREF _Toc327148800 \h26
4.4.3弯曲模凸模和凹模的间隙尺寸.PAGEREF _Toc327148801 \h26
4.4.4模具工作零件结构的确定.PAGEREF _Toc327148802 \h27
4.5弯曲模模架及零件设计.PAGEREF _Toc327148803 \h28
4.5.1后侧导柱模架的选用.PAGEREF _Toc327148804 \h28
4.5.2定位板.PAGEREF _Toc327148805 \h28
4.5.3模柄.PAGEREF _Toc327148806 \h28
4.5.4螺栓.PAGEREF _Toc327148807 \h28
4.5.5上模座.PAGEREF _Toc327148808 \h28
4.5.6下模座.PAGEREF _Toc327148809 \h28
4.6弯曲模装配图及工作图.PAGEREF _Toc327148810 \h28
5结   论.PAGEREF _Toc327148811 \h31
参 考 文 献.PAGEREF _Toc327148812 \h32
致   谢.PAGEREF _Toc327148813 \h33


1前言

现阶段我国的冲压模具不论质量、技术和能力,还是在数量上已经有了长足的进步但与世界先进水平和发达国家相比,差距仍然非常很大,一些大型、精度、复杂、长寿命的高档模具都需要每年大量进口,特别是轿车的覆盖件模具,目前仍主要依靠进口。一些比较简单的冲模,已趋供过于求,市场竞争激烈。

模具是用来成型物品的工具,它由各种零件构成,不同的模具由不同的零件构成。它主要通过所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工。冲压模具是冲压生产中不可或缺的工艺装备,冲模制造的主要特征是单间小批量生产,技术要求高,精度高,属于技术密集型产品。冲压件的质量、生产效率以及生产成本等,与模具设计和制造有直接关系。冲模工艺的应用范围很广泛在生活的各个方面,如汽车,电器,电子,国防,航空航天以及日用品中随处可见到冷冲压产品,如不锈钢饭盒、高压锅、汽车覆盖件、冰箱把门板等。在冲模设计中所设计使用的模具,已经成为现代工业规模生产的基础工艺装备、重要手段和工艺发展方向,是国民经济各部门发展的重要基础,一个国家模具工业发展的水平能反映出这个国家现代化、工业化的发展程度,是衡量一个国家生产力制造水平的重要标志,决定着一个国家在制造业方面的国际竞争力。

本课题可是我们在设计的过程中,锻炼自己的分析问题、解决问题及独立工作的能力,提高机械设计水平,为以后的工作奠定良好的基础。

 

2冲压件的工艺方案的制定

2.1冲压件的工艺性分析

冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性,一般情况下,对冲压件工艺性影响最大的是几何形状、尺寸和精度要求。良好的冲压工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。

根据设计题目的要求可知,空气滤清器固定架如图2.1所示,该冲压件的材料为08钢,板厚为2.5 mm,该零件外形对称,两端各有两个直径为10的孔,且零件中间有一弯曲部分,无尖角、凹陷,大批量生产,该零件是典型的板料冲压成形件。

 

图2.1  空气滤清器固定架

 

图2.2 空气滤清器固定架

2.1.1冲压件的工艺性

(1)最小圆角半径  a.冲压件的最小圆角半径允许值可以查表得知,如果是少、无废料拍样冲裁,或者采用镶拼模具时可不要求冲压件有圆角。本次设计是少废料拍样的冲裁,所以对圆角不作要求。b.弯曲件的结构设计,其圆角半径不宜小于最小弯曲半径。本次设计是多角弯曲,应该左右对应相等,以免弯曲过程中材料产生工件偏移。

(2)最小孔距、边孔距  a.冲压件的孔与孔间,孔与边缘间的距离不能太小,否则模具强度不够或使冲压件变形,一般取该距离大于料厚的二倍,但不得小于3-4mm.此次设计的边孔距满足规定要求。b.弯曲件孔的毛坯在弯曲时,为避免孔的形状发生变化,孔的位置应在变形区之外,活在弯曲后再经行冲孔,以免使孔的形状发生畸变。本零件板厚为t=2.5mm,L≥2t,符合最小孔边距。

(3)最小弯曲半径 弯曲时弯曲半径愈小,板料外表面变形程度愈大,如果弯曲半径过小,则板料的外表面将超过材料的最大许可变形程度而发生裂纹。因此,弯曲工艺受到最小弯曲半径的限制。此零件要求的最小弯曲半径为R=7mm,满足最小弯曲半径要求。

2.1.2冲压件的精度和粗糙度

(1)精度 冲压件的经济精度一般为IT11-IT12级,最高可达IT8—IT10级,冲孔比落料精度约高一级。

(2)断面粗糙度 冲压件的断面粗糙度一般为Ra12.5—50,最高可达Ra6.3,具体数值可根据设计手册查表可得。

2.1.3冲压件毛坯尺寸的计算

滤清器固定架形状较简单,毛坯为矩形。考虑到中性层位移,算出零件各部分圆角长度以及弯曲长度相加即可得到工件的总面积。

根据中性层的定义,弯曲件的坯料展开长度,应等于中性层的展开长度。中性层的位置以曲率半径ρ表示,通常用下面的经验公式计算。

 

ρ=r+xt                             (2.1)

 

式中      r——零件的内弯曲半径

        t——板料的厚度

        x——中性层位移系数

 

表2.1板料弯曲时中性层位移系数

r/t     1        2      

2.8        4         5

    6        ≥8

x     0.32     0.38     0.4      0.42      0.44      0.46       0.5

 

此零件  有三处不同弯曲的半径大小

当r=10时               查表得中性层位移系数x=0.42

得         (mm)

当r=7时             查表得中性层位移系数x=0.4

得            (mm)

当r=81时           查表得中性层位移系数x=0.5

          (mm)

 

根据计算得中间圆弧为

对于计算圆角半径的弯曲件时,坯料长度等于弯曲件直线部分和圆弧部分长度之和。既

 

                                            (2.2)

 

式中  ——坯料展开总长度,mm。

 ——弯曲中心角,

 ——两侧直线部分长度,mm。

中间大圆弧的长度为(mm)

中间凸缘弧长为(mm)

经计算坯料展开总长度 =(59.34+10+17.34+8.72+64.76)2=327.466(mm)

宽度 =75(mm)

坯料面积为  327.46675=24559.95()

2.2冲压件工艺方案的分析与制定

2.2.1零件冲压工艺性分析

从零件的结构形状可知,零件所需的冲压基本工序为冲孔、落料、弯曲。根据零件特点和工艺要求。该零件的冲压可以有以下几种方案:

(1)单工序模:冲孔—落料—弯曲(两端)—弯曲(中间圆弧)

(2)冲孔落料复合模:冲孔、落料—弯曲(两端)—弯曲(中间圆弧)

(3)冲孔—落料、弯曲(两端)、弯曲(中间圆弧)

方案比较:

方案(1)单工序模,该方案模具结构简单,需要四道工序才能完成,生产效率低。

方案(2)将冲孔、落料同时进行,有效减少了冲压的工序,节省了模具和设备,提高了生产效率,提高了零件的精度。

方案(3)虽然节省了冲压工序,但模具相对要复杂。

综上所述,选用方案(2)冲孔落料复合模:冲孔、落料—弯曲(两端)—弯曲(中间圆弧)。

2.2.2冲压工艺方案的制定

(1)零件的排样图,如图2.3所示

排样是指冲件在条料、?料或板料上布置的方法。冲压件的合理布置,与冲压件的外形有很大关系,对材料利用率的大小有直接影响,本次设计采用直排。

搭边的最小宽度大于塑变区宽度,由板厚2.5mm查表3.1得,沿边搭边为2.2mm,工件间搭边为2.5mm。

                      表3.1 搭边a和a的数值

材料厚度t/mm                                         

圆件最小搭边值

 

 

 

2.0-2.5                                                

工件间a    

2.2 

侧边a

2.5


图2.3排样图

 

材料的利用率计算:

    一个进距内的材料利用率可以按一下公式计算:

               

                              (2.3)

       式中    A —冲裁件的面积(mm);

            n —一个进距内冲裁件数目;

            b —条料宽度(mm);

            h —进距(mm);

                     =93.16%

 

(1)第一步工序:冲孔、落料复合模,工件变化如图3.3

 


图2.4 冲孔落料工件图

 

3冲孔、落料复合模的设计

3.1模具总体结构方案

冲孔、落料复合模能在压力机一次行程内,完成冲孔、落料两道工序。完成这两道工序的过程中,冲压件材料无需进给移动。

复合模具有主要的特点:(1)冲压件精度较高,不受送料误差的影响,内外形相对位置一致性好;(2)冲件表面较为平整;(3)适宜冲薄料,也适宜冲脆性或软质材料;(4)可充分利用短料和边角余料等。

3.1.1模具结构

根据零件的冲压工艺方案可知,此工序模为冲孔落料复合模。

3.1.2操作与定位方式

为了降低复合模具的成本,采用手工送料方式。同时因为零件尺寸不大,条料宽度板厚适中,所以采用两侧定位板定位。

3.1.3卸料方式

考虑到零件的结构形状为矩形,料厚为2.5mm,材料硬度适中,采用弹性卸料方式。

3.1.4模架类型的选择

考虑到工件的工艺特点,本套单工序模具采用双侧导柱模架。

3.2冲压件冲压力的计算

(1)冲裁力计算

   (3.1)

 

式中   L—冲裁件周长(mm),L=(+2=(327.466+75)2=804.932(mm);

        t —材料的厚度(mm),t=2.5mm;

        —材料抗剪强度(MPa)。

本零件两端各有两个直径为10的孔,计算时应该加入其中。选择设备吨位时,考虑刃口磨损和材料厚度及力学性能波动等因素,实际冲裁力可能增大,所以应取

   (3.2)

 

式中    —材料抗拉强度,(Mpa); 08钢=280~390Mpa,取

所以                     

++

                    =++

             =926.86(KN)

(2)推件力

                            

                                               (3.3)

 

式中      n —卡在凹模洞里的工件数;

         —推件力系数;查表3.1,推件力系数取

所以                         

                              =64.88(KN)

 

(3)卸料力

    卸料力的大小于凸模凹模之间的间隙、工件形状、材料种类及材料上所涂的润滑剂的质量等因素有关,其计算公式为:

                              

                                                    (3.4)

 

式中      —卸料力系数,查表3.1,卸料力系数=0.12;

所以                              

                        

                                 =111.22(KN)

 

表3.1 推件力系数、顶件力系数和卸料力系数

料厚/mm

K  

K  

K

      08钢  1~5

0.07 

0.06 

0.12

 

3.3冲压设备的选择

(1)压力机的吨位应当等于或大于冲裁时的总力。                           

 

                                                    (3.5)

                    

                      

                          =926.86+64.88+111.22

=1102.96(KN)

(2)根据模具结构选择压力机类型的冲程次数,本工序工件需从模具中间出件,根据总的冲裁力大小选择压力机型号为J31-160闭式单点单动压力机,公称压力为1600KN,最大闭合高度为370mm,最小闭合高度为250mm。

3.3.1模具压力中心的确定

   冲模对工件施加的冲压合力的中心称为冲压压力中心,要使模具正常工作,必须使压力中心与模柄的中线线相重合,从而使压力中心与所选设备滑块的中心相重合。此设计的毛坯为圆形,模具的压力中心位于圆心。

3.3.2凸、凹模间隙值的确定

冲裁凸模和凹模之间的间隙,不仅对冲裁件的质量有极重要的影响,而且影响模具的试用寿命、冲裁力、卸料力和推件力等,因此,冲裁间隙是一个非常重要的工艺参数。但很难找到一个固定的间隙值能同时满足冲裁件质量最佳、冲模的使用寿命最长、冲裁力最小等各方面的要求。因此,在冲压实际生产中,主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度和模具的使用寿命这三个因素综合考虑,给间隙规定一个范围值,即选择合理的间隙。

(1)         落料、冲孔模刃口使用间隙,查表3.2得冲裁初始双边间隙值                

(2)         Z=0.360mm,Z=0.500mm。

 

表3.2 冲裁模初始双面间隙

 

材料厚度(mm)

 

           Z

Z

2.5

0.360

0.500

 

3.3.3凸、凹模刃口尺寸的确定

(1)确定凹凸模刃口尺寸的原则

①落料件的尺寸取决于凹模,因此落料模应先决定凹模尺寸,用减少凸模尺寸来保证合理间隙。

②考虑到刃口磨损对冲件尺寸的影响:刃口磨损后尺寸变大,其刃口的基本尺寸应接近或等于冲件的最小极限尺寸;刃口磨损后尺寸变小,其刃口的基本尺寸应接近或等于冲件的最大极限尺寸。

(2)凸凹模分别加工时的工作部分尺寸

①落料凸、凹模刃口尺寸

 

表3.3 冲裁时凸模、凹模的制造公差

基本尺寸/mm

凸模偏差

/mm

凹模偏差

/mm

18

0.020

0.020

>18~30

0.020

0.025

>30~80

0.020

0.030

>80~120

0.025

0.035

>120~180

0.030

0.040

>180~260

0.030

0.045

>260~360

0.035

0.050

 

根据表3.3,查得凸凹模的制造公差为:

凸模(mm)

凹模(mm)

为了保证冲模的间隙小于最大合理间隙(Z),凸模和凹模制造公差必须保证

 

                     (3.6)


(mm)

(mm)

因为                (满足间隙公差条件)

由于零件为矩形且比较简单,所以凸凹模可以分开加工,且零件的公差等级为IT10级,查表3.4可得标准公差为0.23mm,即

 

表3.4 标准公差数值/

基本尺寸/mm

公  差  等  级

IT10

IT11

IT12

>80~120

140

220

350

>120~180

160

250

400

         >180~250

185

290

460

           >250~315

210

320

520

>315~400

230

360

570

 

落料凹模的尺寸:

                   (3.7)

 

       

落料凸模的尺寸:

                                          (3.8)

 

式中       D —落料件外径的基本尺寸,(mm);

           —凸、凹模的制造公差,(mm);

            —工件的制造公差,(mm);

            —磨损系数,这里零件的公差等级为IT10取系数x=1;

Z—最小合理间隙,(mm)。

所以,  落料凹模的尺寸为:

                           =326.77(mm)

    落料凸模的尺寸为:

                           =326.41(mm)

②冲孔凸、凹模刃口尺寸

 

表3.5 冲裁时凸模、凹模的制造公差

基本尺寸/mm

凸模偏差

/mm

凹模偏差

/mm

>120~180

0.030

0.040

>180~260

0.030

0.045

>260~360

0.035

0.050

 

根据表3.5,查得凸凹模的制造公差为:

凸模(mm)

凹模(mm)

零件的公差等级为IT10级,制造公差为0.23mm,即=0.23mm。

冲孔凸模的刃口尺寸:

                        

                                        (3.9)

 

冲孔凹模的刃口尺寸:

                (3.10)

式中      —冲孔件的最小极限尺寸,(mm),=10mm;

             —工件的制造公差,(mm);

所以,冲孔凸模的刃口尺寸为:

                           =11.23(mm)

冲孔凹模的刃口尺寸为:

                           =11.59(mm)

③孔距尺寸:

               =

               =50±2×0.23×0.125

               =50±0.0575(mm)

 

3.4冲孔、落料复合模主要零部件的结构设计

3.4.1落料凹模

(1)外形尺寸

凹模受力复杂,很难按理论方法精确计算,对于非标准尺寸一般不做强度校核,可用下述经验公式确定尺寸。

凹模高度                                        (3.11)凹模壁厚                                   (3.12)

 

式中   —冲裁件的最大外形尺寸,(mm);

       —系数,考虑板料厚度的影响,可查表4.7,取=0.165

 

表3.6系数K值

b/mm

 

料厚t/mm

0.5

1

2

3

>3

<50

0.3

0.35

0,42

0.5

0.6

50~100

0.2

0.22

0.28

0.35

0.42

100~200

 0.15

0.18

0.2

0.24

0.3

>200

0.1

0.12

0.15

0.18

0.22

 

所以                       

                              (mm)

综合冲裁力大小及其他方面因素取凹模高度80mm,考虑模具现实结构等问题取凹模的壁厚为85mm。

则凹模的尺寸为:        l=327+285=500(mm)

                        a=75+285=245(mm)

(2)凹模的固定形式

    利用螺钉和销钉固定在下模座上。

(3)材料

落料凹模的材料采用CrMo12V。

3.4.2冲孔凸模

根据典型圆形凸模的结构形式和尺寸,本零件需要冲直径为10的孔,选择JB/T 8057.2---1995,工作部分的直径为10

凸模工作部分的长度应根据模具的结构来确定,凸模长度为:

 

                         (3.13)

 

式中L----冲裁凸模的长度(mm);

   ——凸模固定板的厚度,取决于冲压件的厚度t,一般在冲制t<1.5mm的板料时,为15-25mm;当t=1.5-2.5mm时,为20-25mm;

      ——卸料板的厚度(mm);

     H——附加长度,主要考虑凸模进入凸模的深度(0.5-1mm)、总修磨量(10-15mm)以及模具闭合状态下卸料板到凸模固定板间的安全距离(15-20mm)

考虑到冲孔后冲裁件易卡在冲头上,故采用卸料板导向凸模。凸模最大允许长度公式为:                

                   l0.20

式中为材料的剪切强度,08钢剪切强度为280-420Mpa,取300

                   

 l=135(mm)

取凸模长度L=80mm,采用线切割加工,设计凸台与固定板固定,并用螺钉与模座连接。凸模材料为CrMo12V,热处理56~60HRC[2]。

3.4.3冲孔凹模的设计

因为零件结构简单,总体尺寸不大冲孔凹模采用整体式矩形凹模较为合理,通过螺钉与模座固定在一起,固定时将压力中心与模柄中心重合。

模具厚度的确定公式为:

 

H=KB                                  (3.14)

 

式中:K——系数值,根据板厚度确定;

      B——冲裁件的最大外形尺寸;

查板厚系数值[2],查得K=0.35

根据公式(3-9)得:H=KB

                    =0.35×60

                    =21mm

取H1=25mm;

查表取标准值,取M=400mm;

所以,凹模轮廓尺寸为400mm,材料选用CrMo12V。

3.4.4凸凹模

(1)外形尺寸

根据此前确定的落料凹模的厚度,在保证凸凹模强度的要求下,取凸凹模的长度为500mm;凸凹模的内外缘均为刃口,内外缘之间的壁厚决定于冲裁件的尺寸,从强度上考虑,壁厚受最小值限制,一般由经验数据决定,具体数据参考表4.8,得知最小壁厚为5.8mm

 

表3.7凸凹模最小壁厚

料厚/mm

2.5

2.1

最小壁厚/mm

5.8

5.0


25

25

 

根据此前的计算得出落料凹模的刃口尺寸为401.18,两刃口尺寸即凸凹模的边界尺寸,经分析满足最小壁厚要求。

(2)凸凹模的固定形式

利用螺钉和销钉固定在上模座上,与模座间有垫片。

(3)材料

    凸凹模的材料采用CrMo12V。

3.4.5螺钉与圆柱销的设计与选用

1.螺钉尺寸的设计与选用

按照螺钉所承受力,可近似计算出螺钉的直径,计算公式为:

d=                            (3.15)

 

式中:P——最大冲裁力N;

      n——螺钉数;

 σ——螺钉材料的极限强度,MPa;                

  d——螺钉计算直径。

螺钉材料选用45钢,它的极限强度σ=500MPa;选取螺钉数为四个,所以螺钉直径为:                      d=        

                            =12mm

所以查标准最少直径为M12即可,本次设计选用M12和M12的螺钉。

2.圆柱销的设计与选用

设计中选用圆柱定位销定位,由于圆柱销所承受的压力不是很大,所以可查圆柱销标准值[2],查得圆柱销的尺寸为φ12mm,防转圆柱销的尺寸选φ12mm。

3.4.6卸料板

(1)结构形式

合理的卸料板结构形式是模具能否正常工作的重要环节之一。卸料板除了进行卸料外,在某些模具中还起到保护凸模的作用。因为此工件的比较薄,要求平整的落料,可采用无导向的弹压卸料板。材料采用45钢。

(2)外形尺寸

卸料孔每侧与凸模保持间隙:

 

                                                   (3.17)

 

式中     —工件材料的厚度,(mm);=2.5mm.

所以    =0.1~0.2=0.25~ 0.4(mm)

这里取

根据模具的尺寸等综合因素考虑,取卸料板宽度B=500mm;根据卸料板宽度尺寸查表3.8得出卸料板的厚度h=18mm。

 

                                 表3.8卸料板厚度

料厚/mm

卸料板宽度B/mm

80~125           125~200           >200

>1.5-2.5            14                 16             18

 

3.4.7挡料装置

挡料装置在单工序落料或复合模中,主要作用是保持冲件轮廓的完整和适量的搭边。根据此落料拉深复合模的设计,选用固定的导料销进行导料,挡料装置选用挡料螺栓进行挡料,材料采用45钢。

3.4.8模座

(1)外形尺寸

根据落料凹模的尺寸d=327mm,确定下模座的尺寸为,根据下模座的尺寸确定上模座的尺寸为

(2)模座的材料

本设计从降低模具成本考虑选用铸铁HT200作为模座的材料。

3.4.9模柄

根据所选压力机的模柄孔,相应的标准的模柄D=200mm。

3.4.10推杆

推杆的长度

                     (3.16)

 

式中      —推出状态下,推杆在上模座内的长度,(mm);

          —压力机结构尺寸,(mm);

          —考虑各种误差而附加的常数,取10~15mm。

所以,                       

                                 =140(mm)

3.4.11导柱、导套

选用标准的导柱、导套,选用时应注意,长度应保证上模座在最低位置时,导柱上表面与上模座顶面距离不小于10~15mm,而下模座底面与导柱面的距离不应小于15mm,导柱的下部与下模座导柱孔采用过盈配合,导套的外径与上模座导套孔采用过盈配合,导套的长度保证在冲压开始时导柱一定要进入导套10mm以上。选用A型的导套、导柱,直径分别是D=mm,d=mm。

   材料采用20钢。

3.4.12冲模闭合高度的确定

冲模闭合高度是指滑块在下死点即模具在最低的工作位置时,上模座的上平面至下模座的下平面之间的距离。冲模的闭合高度必须与压力机的装模高度相适应。压力机的装模高度是指滑块在下死点位置时,滑块下端面至垫板上平面间的距离。当连杆调至最短时为压力机的最大装模高度;当连杆调至最长时为压力机的最小装模高度

冲模的闭合高度应介于压力机的最大装模高度和最小装模高度之间,其关系为:

                      -5mm+10mm              (3.17)

 

经分析可知=360mm;再根据压力机的选择可知压力机的最小闭合高度=250mm;最大闭合高度=370mm。

3.5冲孔落料复合模装配图

图3.1冲孔落料复合模

1打杆,2模柄,3推板,4推杆,5上模座,6垫板,7凸模固定板,8冲孔凸模,9推件板,10导套,11落料凹模,12卸料板,13活动挡料销,14橡胶垫,15凸凹模,16导柱,17凸凹模固定板,18垫板,19内六角卸料螺钉,20下模座

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4弯曲模的设计

4.1模具总体结构方案

4.1.1卸料方式

毛坯利用凹模上的定位板定位,刚性推见装置推件,并同时提供顶件力,防止毛坯窜动。

4.1.2模架类型的选择

考虑到工件的工艺特点,本套单工序模具采用双侧导柱模架。

4.2冲压件弯曲工艺的计算

4.2.1弯曲件展开尺寸的计算

滤清器固定架形状较简单,毛坯为矩形。考虑到中性层位移,算出零件各部分圆角长度以及弯曲长度相加即可得到工件的总长度,也可以得到总面积

图4.1弯曲件的尺寸

根据中性层的定义,弯曲件的坯料展开长度,应等于中性层的展开长度。中性层的位置以曲率半径表示,通常用下面的经验公式计算。

 

                               (4.1)

 

式中      r——零件的内弯曲半径

        t——板料的厚度

        x——中性层位移系数

 

表4.1板料弯曲时中性层位移系数

r/t     1        2      

2.8        4         5

    6        ≥8

x     0.32     0.38     0.4      0.42      0.44      0.46       0.5

 

此零件  有三处不同弯曲的半径大小

当r=10时              查表得中性层位移系数x=0.42

得        (mm)

当r=7时             查表得中性层位移系数x=0.4

得           (mm)

当r=81时           查表得中性层位移系数x=0.5

          (mm)

 

根据计算得中间圆弧为

对于计算圆角半径的弯曲件时,坯料长度等于弯曲件直线部分和圆弧部分长度之和。既

 

                                           (4.2)

 

式中  ——坯料展开总长度,mm。

 ——弯曲中心角,

 ——两侧直线部分长度,mm。

中间大圆弧的长度为(mm)

中间凸缘弧长为(mm)

经计算坯料展开总长度 =(59.34+10+17.34+8.72+64.76)2=327.466(mm)

宽度 =75(mm)

坯料面积为  327.46675=24559.95()

4.2.2弯曲力的计算

由于弯曲力收到材料的力学性能,零件形状与尺寸,板料厚度,弯曲方式,模具结构形状与尺寸,模具间隙和模具工件表面质量等多种因素的影响,很难用理论分析方法进行准确计算。因此,在生产中均采用经验公式估算弯曲力。

根据本次设计的实际情况可知,本次弯曲的过程相当于一次约束弯曲和两次U形弯曲的复合模形式组成。约束弯曲为第一阶段,第二阶段四角形弯曲件是在自由弯曲阶段相当于U形弯曲中的自由弯曲,而在第三阶段则相当于一个完整的U形弯曲。

第一阶段约束弯曲的弯曲力

 

             (4.3)

 

式中    ----冲压行程结束时自由弯曲力,N;

          K----安全系数,一般K=1.3;

          B----弯曲件的宽度,mm;

          t----弯曲件的材料的厚度,mm;

          r----弯曲件的内弯曲半径,mm;

        ----材料的抗拉强度,MPa。

本零件为08钢280-390Mpa 取350Mpa

 

                      

                          =1532(N)

             

第二阶段自由弯曲阶段力     内圆弯曲半径为10(mm)

 

                                           (4.4)

 

                         

                             =11943(N)

 

第三阶段自由弯曲阶段的力      内圆弯曲半径为7(mm)  

 

                   (4.5)

 

   =35921(N)

最终取最大值      =35921(N)

第一阶段为一个大圆角半径的弯曲,为了防止回弹变形,让凸模多压一会,保持零件的精度。

 

4.2.3顶件力和压料力的计算

                (4.6)

 

=0.635921

   =21552(N)

 

4.3冲压件弯曲设备的选择

对于有弹性顶件装置的自由弯曲压力机吨位可按下式计算:

                                  (4.7)

 

式中       ——压力机公称压力,(N)

=(1.1~1.2)×(35926+21552)N=(1.1~1.2)=63225(N)

=63225N

该工件不需要考虑圆角的回弹,工件需大批量生产,精度要求不高,故不需要用校正弯曲来控制回弹,因为此故选用100KN的压力机,为JA23-100A。

    其参数如下:

          公称压力             100KN

          滑块行程            60mm

          行程次数             130/min

           最大闭合高度        180mm

4.4弯曲模模具设计

4.4.1凸模与凹模的圆角半径

(1)凸模圆角半径

弯曲件的相对弯曲半径r/t较小时,凸模圆角半径可取弯曲件的弯曲半径,但不能小于允许的最小弯曲半径,如果r/t值小于最小相对弯曲半径,应该先弯成较大的圆角半径,再用整形工具达到要求的圆角半径。弯曲件的相对弯曲半径r/t较大且精度要求较高时,凸模圆角半径应根据回弹值确定。

由于此零件有三处不同弯曲的半径大小

当r=10时,,此处凸模弯曲半径=r=10    

当r=7时,,此处凸模弯曲半径=r=7    

(2)凹模圆角半径

凹模的圆角半径直接影响坯料的弯曲成形。凹模的圆角半径不能过小,圆角处不能过粗糙,否则会使工件通过摩擦时摩擦阻力增大,擦伤坯料表面,增加了弯曲力。两边凹模圆角半径应一致,否则弯曲时坯料会产生偏移。实际生产中按照材料厚度来决定凹模圆角半径,见下表. 

 

                       

 

 

 

 

表4.2凹模圆角半径

材料厚度t

1~2

2~3

3~4

凹模圆角半

5

7

9

 

查表得凹模圆角半径:=7(mm)

4.4.2凹模深度

凹模的工件深度将决定板料的进模深度,凹模深度过小可能会造成弯曲件直边不平直,精度降低,对压力机很不利。而凹模深度过大不仅增加了凹模的消耗,并且增加压力机的工作进程,因此模具设计中,凹模深度要适当。该弯曲件凹模深度应大于零件的高度,且高出值见表 

 

                   表4 .3 弯曲件凹模的m值

材料厚度t

1~2

2~3

3~4

m

4

5

6

 

查表得m=5mm。

所以凹模工作部分深度为=30mm

4.4.3弯曲模凸模和凹模的间隙尺寸

对于U型件凸模和凹模之间的间隙值对弯曲件回弹、表面质量和弯曲力均有很大影响。间隙越大,回弹越大;间隙过小则零件的边缘变薄,凹模摩擦加剧,会降低凹模的使用寿命。弯曲模的凸、凹模单边间隙按照下面公式计算:

                          (4.8)

 

式中    Z——弯曲模的凸、凹模单边间隙;

        t——工件材料厚度;

       ——工件材料的最大厚度;

        c——间隙系数,见表4.4。

                   

 

 

 

表4.4 弯曲模凹凸模间隙系数c值

弯曲件高度H

b/H≤2

材料厚度

2.1~4

20

0.04

35

0.04

50

0.05

 

查表得:c=0.05,则Z=2.5+0.05×2.5

=2.625(mm)

4.4.4模具工作零件结构的确定

模具工作零件结构的确定即弯曲模凸模、凹模工作尺寸的确定。

由于本次设计的弯曲模采用复合模具,主要确定的尺寸有凹凸模的尺寸,活动凸模的尺寸,凹模的尺寸。

分析模具的冲压过程,一共三步,第一部完成中间圆弧部分的冲压。此圆弧半径为81mm,所以凸模的半径为81mm,伸展开的长度为129.52mm。

第二步冲压计算凹凸模的尺寸,在此道工序中需要完成弯边H=30mm的U型弯曲件,通过这道工序确定凹凸模的最大尺寸为267.466mm。

因此凹模的横向尺寸为:                       (4.9)

 

=(267.466-0.75×0.23)

=267.294(mm)

第三道工序中,为了防止零件弯曲过程碰到凹模内壁,凹模内壁尺寸单边间隙应大于2.6mm,即凹模内壁的最大尺寸为272.494mm。

其中活动凸模的尺寸根据凹凸模进行计算:

                           (4.10)

 

                         =(267.294-2×2.6)

                         =262.094

对于活动凸模下面的厚度取15mm,提高其工作的耐久性,防止其在受压下产生变形。

活动凸模最大尺寸应与凹模最大尺寸保持一致,保证活动凸模在凹模里面工作位置的稳定性,同时提高其定位。

4.5弯曲模模架及零件设计

4.5.1后侧导柱模架的选用

标准模架的选用依据为凹模的外形尺寸,所以因首先计算凹模周界的大小。查表的凹模周界大小为400mm×250mm。

模具采用后侧导柱模架,查的模架的规格为,

上模座:400mm×250mm×50mm;

下模座:210mm×250mm×60mm;

4.5.2定位板

定位板尺寸与毛坯的长度尺寸有关,其外形尺寸与凹模尺寸相同。材料选用45钢,热处理43~48HRC。

4.5.3模柄

模具采用材料为A3的压入式模柄GB/T2862.1—81根据设备的模孔尺寸,应选用规格为A32×95的模柄。

4.5.4螺栓

模具采用圆柱头内六角螺钉GB/T 70.1,根据尺寸分别为:螺钉M12×85,螺钉M10×71,螺钉M8×38,螺钉M12×64,螺钉M10×122,材料为35钢,热处理:硬度28~38HRC表面氧化。

4.5.5上模座

模具上模座选用后侧导柱上模座,根据凹模边界L=400mm,B=250mm,查表可得,材料为HT200的后侧导柱上模座:

上模座 450×250×50   GB/T 2855.5?HT200。

4.5.6下模座

模具下模座选用后侧导柱下模座,凹模边界L=450mm,B=250mm,查表可得,材料为HT200的后侧导柱下模座:

下模座 450×250×60     GB2855.6?HT200。

4.6弯曲模装配图及工作图

    

图4.2弯曲模装配图(弯曲圆弧)

1下模座,2螺栓,3弯曲凹模,4定位板,5螺钉,6弯曲件,7弯曲凸模,8上模座模柄,9螺栓,10打杆,11推件块,12顶杆

 


图4.3弯曲模装配图(弯曲外角)

1下模座,2螺栓,3弯曲凹模,4定位板,5螺钉,6弯曲凸模,7上模座模柄,8螺栓,9打杆,10弯曲件,11推件块,12顶杆


图4.4弯曲模装配图(弯曲内角)

1下模座,2螺栓,3弯曲凹模,4弯曲凸模,5上模座模柄,6螺钉,7上模座模柄,8弯曲件,9推件块,10弹簧

 

 

 

 

 

 

 

 

5结   论

经过两个月左右的毕业设计,在老师的指导下,我完成了轻型越野车空气滤清器固定架的冲压工艺与模具设计。由于本次毕业设计是我第一次进行冲压模具的设计,各项要求较高,为了能更好的完成设计任务,我从图书馆和网上查阅了大量的冷冲模的设计资料,为后来的设计阶段省下了不少时间,通过这次设计掌握了冷冲压模具设计的方法和步骤,熟悉了相关的规范与标准,也学会了如何分析零件的工艺性,如何确定工艺方案,了解模具的基本结构,提高了计算能力和绘图能力,模具的相关课程有了全面的复习。

尽管做了很多准备工作,但在设计过程中暴露了不少问题,对模具专业知识还不能自如的运用,对很多概念上的知识、专业术语含糊不清,没有做到深刻理解。模具设计中很多问题的解决都是通过从实践得来的数据来确定并适当做出选择。

合理的冲压工艺、先进的冲压模具、高效的冲压设备构成了冲压加工的三要素,冲压加工的三要素是决定冲压件质量、精度和生产率的关键因素,三者不可分割。先进的冲压模具只有配备先进的压力机和采用优质的材料,才能充分发挥作用,做出一流的产品,取得较高的经济效益。

本次设计的工作量较大,落料,冲孔,弯曲各步骤的设计都涉及大量的计算,绘图要求也比较高,AutoCAD及三维Pro-E等绘图软件要熟练应用,提高了自己独立思考、工作的能力。虽然在设计过程中遇到了很多问题,经过老师和同学的指导帮助及自己的不懈努力,这些问题都得到了及时地解决。

这次的毕业设计使我对冷冲压模具设计有了一定的认识,不仅是对自己大学三年的考核,也是在工作之前对自身的一次全面、综合型的测试,为今后的工作做好了铺垫和奠定了一定的基础。

 

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致   谢

经过两个多月的努力,毕业设计基本完成了。在本次毕业设计中,积累了不少宝贵的模具设计有关知识。由于自身能力有限,在这里我特别要感谢我的老师蔡冬梅,总会在设计过程中遇到诸多的问题不能得以很好的解决,每次总能很好的为我细心解答。老师时刻关注我们的设计过程,及时给我们提供一切关于毕业设计方面要注意的资料,给我留下深刻印象,使我受益匪浅。在此我向老师表示衷心的感谢和深深的敬意。

在设计过程中,有些尺寸、数据一点都马虎不得的,只要有一个数据有误,就得全部改动,使设计难度大大增加。在这次设计中,我感觉要完成这次设计不仅要有扎实的专业知识,还要有过硬的计算机基础知识作为保障,才能很好的完成这次设计任务。

还要感谢在校期间所有的授课老师,传授给我们机械专业方面的丰富知识,未毕业设计及以后的工作打下了坚实的基础,同时也感谢同组的同学及舍友给了我很多帮助和启发,为我解决了不少问题、

毕业设计完成后就意味着大学时代要结束了,意味着一个崭新的开始,在以后的日子里我会谨记老师们的教诲,将我在学校所学的知识服务于社会,去实现自己的人生价值。最后再次致谢老师对我设计的悉心指导,一日为师,终身为师!

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